Російські фізики провели дослідження, яке може змінити уявлення про час, простір та матерії.

Робота опублікована в RENSIT: Радіоелектроніка. Наносистеми. Інформаційні технології. Ідея про взаємозв'язок простору і часу походить з праць Германа Мінковського, який у 1908 році запропонував концепцію просторово-часового континууму. «Ніхто ніколи не спостерігав», — сказав Мінковський, «жодного місця, окрім як у якийсь момент часу, і жодного часу, окрім як у якомусь місці».

Мінковський називає точку в просторі, що відповідає даному моменту часу, «світовою точкою», а сукупність усіх світових точок — коротко «світом». Таким чином, будь-яке тіло, що існує протягом певного часу в просторі, відповідатиме певній кривій — світовій лінії. «…Увесь світ, здається, розпадається на такі світові лінії», — продовжує Мінковський свою промову… «фізичні закони могли б знайти своє найдосконаліше вираження як співвідношення між цими світовими лініями».

Його робота поклала початок теорії відносності, в якій простір і час розглядаються як єдине ціле. Далі Вольфганг Гейзенберг сформулював принцип невизначеності, який став краєугольним каменем квантової механіки. Однак досі залишалися питання про те, як розширити ці концепції в більш високі вимірності і як вони співвідносяться з іншими фізичними величинами, такими як маса і інтервал.

Принцип невизначеності Гейзенберга — це фундаментальний принцип квантової механіки, який стверджує, що неможливо одночасно точно визначити пару пов'язаних змінних, таких як положення і імпульс частинки.

У своїй нещодавній роботі російські вчені запропонували ввести додаткові співвідношення невизначеності, що пов'язують масу і інтервал, в розширеній моделі простору. Це 5-вимірна модель розширеного простору (МРП), в якій до трьох просторових координат і часу додана маса, а також інтервал як 5 координата. У цій моделі співвідношення між енергією, імпульсом і масою виявляється приватним випадком теореми Піфагора в 5-вимірному просторі, пов'язаному з координатним простором.

Представлена в роботі (1+4)D модель розширеного простору базується на фізичній гіпотезі, що маса (маса спокою) і пов'язана з нею величина – дія (інтервал) є динамічними змінними. Величини цих змінних визначаються взаємодією полів і частинок. Модель розширеного простору є безпосереднім узагальненням Спеціальної теорії відносності (СТО).

В СТО інтервал і маса спокою частинок є інваріантами, а в МРП вони можуть змінюватися. На основі зроблених припущень в МРП побудовані розширені рівняння Максвелла, які поряд з електромагнітним взаємодією описують також гравітаційні ефекти, а також мають структуру, схожу на релятивістське узагальнення рівняння Шредінгера у вільному від поля просторі у формі рівняння Клейна-Гордона.

«Наше дослідження підкреслює важливість додаткових вимірів у фізиці і показує, що традиційні уявлення про масу і інтервал можуть бути значно розширені. Ми сподіваємося, що це призведе до нових відкриттів у галузі квантової механіки та теорії поля», — розповів Євген Седельников, доцент кафедри загальної фізики МФТИ.

Новизна дослідження полягає в тому, що принцип невизначеності розширюється на введені в моделі додаткові координати – інтервал і масу, які до сих пір розглядалися як інваріантні величини.

Модель розширеного (1+4)D простору була створена вже більше 25 років тому — згадує доцент кафедри загальної фізики МФТИ Дмитро Ципенюк: «В свій час після виходу чергової нашої статті, присвяченої розвитку різних аспектів нашої моделі, я три рази ходив до академіка В.Л. Гінзбурга і розповідав йому про наші роботи — два рази до присудження В.Л. Гінзбургу Нобелівської премії і один раз після. Віталій Лазаревич кожного разу уважно близько години вислуховував мене і кожного разу намагався допомогти — відводив до своїх колег або співробітників для більш детального вивчення наших статей. Одного разу, зустрівши мене на своєму знаменитому семінарі в ФІАН, Віталій Лазаревич схвально похлопав по плечу і сказав: «А п'яти вимірний простір, давай».

Якщо новий підхід виявиться правильним, то це призведе до більшої геометризації фізики, ніж та, яка була досягнута в теорії відносності Ейнштейна. Усю фізику в розширеній моделі простору можна розуміти як прикладну геометрію.